[发明专利]一种地下厂房多块体围岩变形的数值模拟方法

摘要

本发明公开了一种地下厂房多块体围岩变形的数值模拟方法，包括如下步骤：应用基于互补理论的非连续变形分析法模拟多块体围岩中块体的大位移及大变形问题；应用有限单元法模拟块体内部的位移场及应力场；基于互补理论的非连续变形分析与有限单元耦合方法可以实现多块体围岩的连续与非连续变形分析。本发明可以考虑多块体围岩中块体的内部连续变形与块体之间的非连续变形，结合了非连续变形分析法和有限单元法各自的优点，克服了传统的非连续变形分析与有限单元耦合方法中罚因子参数的取值及“开‑闭迭代”循环运算。

主权项

1.一种地下厂房多块体围岩变形的数值模拟方法，其特征在于，基于互补理论的连续与非连续变形分析耦合的数值模拟方法，选取合适的地下厂房围岩的模型尺寸大小，对多块体围岩进行有限单元网格剖分，确立多块体围岩的材料参数，分析预应力端部锚固锚杆加固后的多块体围岩中岩石块体的位移变形，具体包括以下步骤：(1)选取多块体围岩的分析模型尺寸，进行有限单元网格剖分；(2)确定多块体围岩材料常数，分析其荷载分布，依据有限单元法中网格单元的位移函数表达式，建立多块体围岩中块体内网格单元的基于动量守恒原理的变分形式，简化网格单元的变分方程得到块体内网格单元的刚度方程；(3)组装围岩中块体内网格单元刚度方程，形成单个块体刚度方程；(4)依据对角矩阵形式组装围岩中的单个块体刚度方程得到多块体围岩的总刚度方程；(5)在多块体围岩中布置端部锚固预应力锚杆，在块体的锚杆端点处集中力荷载随变形变化，附加到块体内相应网格单元的荷载分布中模拟分析；(6)判断多块体围岩中块体之间的接触形式，描述块体之间存在的接触条件表达式；(7)联立多块体围岩的总刚度方法和接触条件方程，构建多块体围岩稳定性分析的数值模型；(8)分析多块体围岩稳定性分析的数值模型中函数的性质，定义关于数值模型的价值函数，选择全局收敛性的方法求解其数值模型；(9)设定未知变量初始值和误差允许值，应用数学优化方法求解得满足误差允许值的多块体围岩内块体的节点位移分量和块体间的接触力分量；联立多块体围岩中存在的接触条件方程形成基于互补理论非连续变形分析与有限单元耦合方法的混合互补数值模型：H(d,p)＝H(z)为一个非光滑方程组，构建价值函数进行全局收敛性计算，其价值函数表示为：然后采用路径牛顿法来极小化求解这个价值函数。